电动侧门声音品质优化方法研究

马保林 俞克胜 刘书展 权高赛 高晓艳

摘  要：在新四化背景下，电动侧门作为智慧进出的一种解决方案，其声音品质是评价该系统性能的一种关键指标。

本研究明确了电动侧门声音品质的评价标准，在传统手动侧门声音品质基础上增加了电驱动机构产生的噪音，评价指标包含：响度、尖锐度、调制度、声压级等。在数据设计阶段，对车门进行有限元分析，通过优化钣金结构或增加结构胶等方式，为电动门声音品质的优化奠定基础。其次以电机、齿轮类型及材料、润滑脂、开关门速度、电磁阻尼系统以及悬停方式控制逻辑等为试验因素，声压级、响度、尖锐度为指标进行试验，分析结果显示各组件对系统有不同程度影响。实际应用中，需综合考虑这些因素，以实现最佳的噪音控制效果，提升电动门的整体性能。

关键词：电动执行器；噪音优化

中图分类号：U463.82    文献标志码：A      文章编号：1005-2550（2024）03-0050-05

Research on Sound Quality Optimization Methods for Power Side Doors

Abstract： Under the new four modernizations， the sound quality of power side doors， as a solution for smart ingress and egress， is a kind of key index for evaluating the performance of this system.

Evaluation criteria for the sound quality of power side doors are clarified in this study， and the noise generated by the electric drive mechanism is added on the basis of the sound quality of the traditional manual side doors， and the evaluation indexes contain： loudness， sharpness， modulation， and sound pressure level. In the data design stage， finite element analysis of the door is carried out to lay the foundation for the optimization of the sound quality of the power door by means of optimizing the sheet metal structure or increasing the structural rubber. Secondly， the motor， gear type and material， grease， opening and closing door speed， electromagnetic damping system and hover mode control logic as test factors， sound pressure level， loudness， sharpness as indicators for the test， the analysis results show that each component has different degrees of influence on the system. In practical application， these factors need to be considered comprehensively to achieve the best noise control effect and enhance the overall performance of the power door.

Key Words： Power Door Actuator; Noise Optimization

前    言

新四化背景下，顧客对车辆智能化的需求不断提升，车辆从简单的交通代步工具发展到现在集智能控制、网联通信、共享服务一体的移动终端和第三空间。智能电动侧门系统作为整车智能化的组成部分，为顾客提供了舒适、科技的进出体验，其声音品质表现是影响消费者的重要因素。本文通过执行器结构优化、开关门控制策略调整等措施对电动侧门声音品质进行试验和验证并取得了良好效果。

1    电动侧门声音品质概况

电动门系统一般包含如下组件：控制模块总成、电动执行器总成、障碍物探测系统、电吸合/释放锁总成、车门总成、线束等。

电动开关门声音评价主要涉及两个方面：噪音水平和声音质量。

智能电动门开关门声音品质包含开门过程、关门过程、悬停启动、锁吸合回位所产生的噪音，与传统手动门关门音品质有相同部分也有显著差异；传统手动关门音品质是指锁舌与锁扣接触到锁止这“一瞬间”产生的噪音，好的关门音品质是声音小、轻、沉闷、厚重、无杂音、无异响；智能电动门声音品质在传统手动门声音品质基础上增加了电驱动机构产生的噪音，与传统手动关门音顾客感受都可用心理声学评价，评价指标包含：响度、尖锐度、调制度、声压级等。好的电动门声音品质与传统手动门声音品质类似，追求小、轻、低沉、无杂音、无异响、无波动。

响度：是人耳对声音总体响亮程度的心理声学指标。

尖锐度：是衡量声音中高频成成份多少的心理声学指标。

调制度：是两个不同频率和/或不同幅值的波叠加后的效果。

声压级：是指声音的强度或振动的幅度，通常用分贝（dB）来表示。

在评价开关门声音时，目前有两种方式，第一种可以使用专业的声学仪器进行测量如图2。第二种可以通过人耳进行主观评价。一般来说，噪音水平和声音质量都是重要的评价指标，需要综合考虑。

2    侧门噪音的影响因素分析

2.1   电动执行器

电动执行器是电动门系统关键噪音源。执行器通常包括驱动模块（电机）、减速模块、传动模块（推杆与丝杆、齿轮箱、减速箱）、电磁阻尼模块、机械结构等组成，各模块及模块之间的配合是否合理，影响到开关门的声音品质，如图3所示，将所述几个方面进行试验研究。

2.2   系统控制策略

在控制策略中，影响车门运行声音的因素主要有开关门速度、悬停方式等。

开关门速度：车门在开闭过程中的噪音和开关速度有关。通常开关门噪音与开关门速度成正比，车门快速打开或关闭时电机转速和扭矩增加，同时噪音增加。所以，产品开发过程中，在满足客户体验感受的前提下，应尽可能降低车门的关闭速度。

悬停方式：车门开启到任意位置停止，为保持车门悬停，可采用电磁阻尼吸合或者电机反向电动势保持悬停。若采用电磁阻尼悬停，会产生吸合释放音。

门锁控制：通常电动门系统包含自吸合锁，锁自吸合时吸合电机的PWM值越高，吸合时间和回位时间越长，音品越差。

2.3   密封系统

密封系统：设定合理的压载，压缩曲线平滑无突变，减少压缩力对压缩量的敏感程度，同时可减小因制造误差导致的密封反力变化。

2.4   车门模态

车门模态较低易引起低频振动，放大声音分贝值并产生杂音，合理的车门模态是声音品质设计不可缺少的考查因素。

3    声音品质优化

3.1   电动执行系统

3.1.1 驱动系统（电机）

不同类型和规格的电机在运行时产生的噪音水平不同，一般来说，直流电机和异步电机的噪音相对较小，而同步电机的噪音相对较大。此外，电机的功率、转速、负载等因素也会影响噪音水平。在选型过程中，需要根据具体的应用场景和要求，综合考虑电机的噪音水平和其他性能指标，选择合适的电机类型和规格。

表1是以不同电机为试验因素，声压级、响度、尖锐度为试验指标进行试验，试验结果表明，不同的电机会对噪音产生不同的影响，如果对噪音要求较高，可以选择低噪音型电机。

3.1.2 传动系统

传动系统影响执行器噪音的因素主要有齿轮的类型及材料、齿轮配合处润滑油的使用等方面。

（1）齿轮类型：从传动平稳和噪声低的角度出发，斜齿轮重合度高，啮合综合刚度的变化比较平缓，噪声比直齿轮低，斜齿轮中渐开线斜齿轮噪声最低，其次是单圆弧齿轮，双圆弧齿轮最差；

（2）齿轮材料：一般来说，用衰减性能好的材料制造齿轮，可使噪声降低。但衰减性能好的材料强度均不高，影响齿轮加工精度。齿轮材料对执行器关门声音的影响主要包括以下几个方面：硬度、耐磨性以及精度。

硬度：齿轮材料的硬度越高，传递动力时产生的噪音就越大。因此，在选择齿轮材料时，需要考虑到硬度和噪音之间的平衡。

耐磨性：耐磨性越好的齿轮材料，使用寿命就越长，同时也能够减少因磨损而产生的噪音。

精度：齿轮材料的精度越高，传递动力时的误差就越小，从而减少噪音的产生。

以不同的齿轮材料为试验因素，声压级、响度、尖锐度为试验指标进行试验，试验结果表明，选择合适的齿轮材料可以有效地降低执行器关门声音。在实际应用中，需要根据具体情况综合考虑材料的性能和成本等因素。

（3）齿轮配合处润滑油使用，一般来说，噪声随油量和油的粘度增大而变小。

以齿轮箱添加油脂为试验因素，声压级、响度、尖锐度为试验指标进行试验，试验结果得知在工艺可行的前提下，尽量增加齿轮箱油脂使用量可以适当降低噪音。

3.1.3 机械结构增加吸音棉

吸音棉是一种用于吸收声音的材料，通常用于隔音、吸音和降噪等方面。吸音棉的主要作用是通过其多孔性结构和纤维材料来吸收声波，并将其转化为热能或其他形式的能量，从而减少声音的反射和传播。

以吸音棉为试验因素，声压级、响度、尖锐度为试验指标进行试验，通过增加吸音棉试验得知，开门时，声音降低0.5dB；关门时，声音降低0.4dB；若布置空间允许，建议增加吸音棉。

3.2   电动执行系统控制策略

3.2.1 降低车门开关门速度

降低开关车门速度可以减少电机转速、负载和机械部件的运动冲击力和摩擦力，从而降低噪音水平。此外，降低开关车门速度还可以减少噪音的峰值水平；但是过长的开关门时间会降低客户的体验。

以不同开关车门速度为试验因素，声压级、响度、尖锐度为试验指标进行试验，试验结果表明降低车门的开关门速度对车门噪音有明显改善，在不影响客户体验的前提下优化开关门速度，可降低侧门噪音。

3.2.2 电磁阻尼系统控制

制动器电磁阻尼片在电磁阻尼盘上产生振动和噪音，尤其是在高速运转时更为明显，合理减小吸合电压可以降低制动噪音。

吸合电压过高，会导致电磁线圈产生的磁场强度过大，从而使执行器的制动速度过快，产生较大的冲击力和噪音。

以电压不同大小为试验因素，吸合噪音为试验指標进行试验，试验结果表明，吸合噪音与电压成正比，吸合噪音随电压升高而升高，当电压为2.5V时，吸合噪音均值为34.3dB，建议采用低压2.5V吸合。

3.2.3 悬停方式软件控制逻辑

车辆在平坡或者一定角度下，车门由运动到悬停不采用电磁阻尼系统控制，仅依靠电机反转保持车门悬停，从而避免电磁阻尼系统摩擦的声音。

3. 3   密封系统优化

在新产品研发初期通过理论计算以及仿真模拟，计算出系统密封反力，设计密封条压载及配合截面，如图4所示，在设计验证阶段对密封反力进行测量、验证，并优化至设计状态。

3.4   车门模态优化（仿真分析）

结构设计前期需借助CAE分析方法对车门模态进行仿真分析。

以某一款车型举例说明，如图5所示，模态分析得出车门内板局部模态32Hz，不满足设计要求≥35Hz。

通过观察应变能密度云图，识别出应变能密度高的部位、即内板中间区域要加强。内板中间区域钣金通过增加加强筋、调整加强筋排列方向等优化措施之后，重新对车门内板进行分析，车门内部局部模态提升为40Hz，满足≥35Hz的要求。

由于零部件与零部件之间的连接处往往是模态性能薄弱的区域，因此强化零部件之间的连接也是提升车门模态的重要途径。

4    结论

综上所述，在数据设计阶段对车门进行有限元分析，通过优化钣金结构或增加结构胶等方式满足车门模态设计目标，为确保电动门声音品质奠定基础；其次在设计验证阶段，通过对电动执行器各组件进行试验验证，不同电机、齿轮类型及材料、齿轮润滑油、开关门速度、电磁阻尼系统、悬停方式控制逻辑均会对噪音产生不同的影响，最后在实际应用中，需要根据具体情况综合考虑这些因素，以达到最佳的噪音控制效果。

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